边坡稳定分析与设计

会计学1边坡稳定分析与设计一、坡体地形地质环境1．地形地貌

地形是制约岸坡稳态的第一控制要素。岸坡变形的第一个起因是地形的改造，而变形易发部位是地形坡度陡变部位，变形域规模则取决于岸坡的高度。2．区域构造与地震地质环境在边坡工程中，区域构造环境问题可涉及四级构造单元及其后续各级构造。这个问题并没有怎么引起工程师们的注意，特别是土木工程师。当我们看到有些部位集中分布多个崩滑体时，第一个要想到的是区域构造环境和地震地质环境。区域构造环境的分析要点是自老至新构造应力场的转化，包括主应力的偏转(移)、压(剪)应力场向张(剪)应力场的转化、初始应力释放环境、蠕(流)变环境以及对渗流场和风化作用的制约作用(优势面)等。第1页/共118页3．边坡地质构造边坡地质构造是判断独立变形、运动单元的根本依据。具体要点如下：<2>坡体结构控制岸坡的稳态或变形的地质构造效应有以下两层意思：（1）刚度效应坡体的整体刚度取决于节理裂隙的发育程度(当然还有风化程度)；（2）变形、失稳类型取决于各类地质结构面产状同坡面产状之间的相互关系。其中刚度效应的表象是取决于刚度的变形差异，总体上表现为沉陷伴随应力相对集中域。如果应力相对集中域里不存在软弱夹层等低刚度层位，一般不会形成一定规模的崩滑事件。其效应可分以下五种：<l>节理裂隙序次，至少要进行以下三个序次的统计分析：第一序次—周边完整基岩的节理裂隙和劈理；第二序次—破碎岩体各独立块体的节理裂隙和劈理，含微构造、显微构造系列；第三序次—新近出现的变形裂隙（缝）。第2页/共118页1）顺向坡。构造界面倾向坡外。在众多地质界面中，层面是第一控制界面，而坡体的变形、失稳型式是：

—随着层面倾斜角的加大，顺层滑移就更趋明显，但当倾斜角不小于70度时，坡体的变形、失稳将转化为倾倒、崩塌型；

—顺层滑移的必备条件是控制界面上覆岩体在坡脚处临空、被反倾向裂隙切断或挠曲（皱）。不同于其他类型滑坡，顺向坡上残留的滑体不多见或即使残留但规模不大而且多处于非稳态或正在变形。2）由陡倾转缓倾顺向坡。自坡体向坡外方向，地层倾角由陡变缓，陡倾部位是主滑体，缓倾部位对主滑体构成阻滑体，其阻滑作用将取决于缓倾段的面积。在顺向坡中，横向复精皱（轴线垂直江河流向）是最易变形的部位，特别是当层间分布有煤线或碳质页岩时；而纵向复把皱（轴线平行江河流向）则决定治理方针甚至提示诸如抗滑桩的设置部位。所以，对于顺向坡，微构造研究也是主要的研究内容。第3页/共118页

3）逆向坡。逆向坡的稳态取决于岩体的总体刚度，而变形、失稳控制界面是反倾向裂隙。

当坡体为石灰岩或石英长石砂岩等高刚度岩体时，岸坡的变形、失稳是局部性的且规模不大，但以易风化碎屑岩为主体的岸坡，岸坡的变形、失稳规模大，甚至也会出现滑移型失稳，但基本上是坠溃型，反倾向裂隙的风化追踪会构成坡体变形、失稳主控界面，进而出现以滑移为主要形式伴有崩塌、旋转等复杂的失稳事件。4）斜切坡。斜切坡往往形成高、陡稳态坡形，变形、失稳基本上是局部性崩塌，除非存在几乎平行坡面且倾向坡外的断层或一组倾向裂隙（裂隙走向垂直地层走向）。5）水平层状结构岸坡。地层产状几乎水平或微倾坡外或微倾山体。这类岸坡的变形首先是取决于刚度的铅直方向压缩。在这类岸坡的变形、失稳形式中需要指出的特例是：当分布有富含蒙脱石的泥岩和易风化长石砂岩时，上覆层位的变形、失稳规模可达到几百万立方米甚至几千万立方米。第4页/共118页<3>节理裂隙层次同坡体结构之间的相互关系物质结构水平结构顺倾向结构1顺倾向结构2垂直结构反倾向结构红层张裂谷第5页/共118页张裂槽倾滑倾倒错落顺向坡坠溃第6页/共118页4．地层岩性<1>火成岩岸坡在微、新状态下为均匀介质，其不均匀程度及刚度将随风化程度与节理裂隙发育程度而变化，岸坡的变形、失稳主要是风化带的崩(剥)落和水沙流，极少有大规模滑坡发生。火山灰堆积体类似沉积岩特别是松散堆积体。当深挖高边坡涉及微新岩体时，地应力场的调整效应是一个很重要的方面。

地层岩性的岸坡变形、失稳效应最终反映在各层的刚度与抗剪强度。如果坡体各组成层位的刚度比值大于1／3，该坡体可作为准均质体考虑；若刚度比值不大于1／3，变形第一控制层位是刚度比值最小的那一层位。分析塑性域扩展趋势时，各层抗剪强度值都有影响，但控制层位仍然是刚度最小的那个层位。第7页/共118页<2>沉积岩岸坡

（1）以碳酸盐岩为主体的岸坡这类岸坡的变形主控层位是泥、页岩夹层，变形表象是因刚度相差悬殊而出现的变形差异，崩塌、倾倒和滑移等多种形式变形、失稳都可出现，而在什么样的情况下是倾倒、崩塌或滑移则取决于页岩夹层的空间分布格局。当不含泥、页岩夹层时，碳酸盐岩岸坡可视为高刚度准均匀介质，其中的各级风化带将反映在渐变的刚度上，故岸坡的变形、失稳多局限在表层。深挖高边坡涉及微、新岩体时要考虑地应力场调整。不同于火成岩微、新岩体的地应力场，在碳酸盐岩微、新岩体中会出现喀斯特作用域和地下水深循环通道，该域已经释放有一定范围的初始地应力。第8页/共118页

（2）碎屑岩岸坡这类岸坡的特点是砂岩(含石灰岩、泥灰岩)同泥、页岩交互出现。从变形角度立论，若砂岩与泥、页岩准等厚度交互出现时，可视泥、页岩的刚度为坡体的刚度；双层结构且上覆砂岩时，下伏泥、页岩的刚度即成为控制性刚度，变形、失稳表象是砂岩层的倾倒、倾滑、座(错)落以及座滑等，取决于下伏泥、页岩的风化、剥落、掏(蚀)空带往坡体深部的延伸程度。以泥、页岩为主体的岸坡，鉴于表层风化速度快且风化物随即以剥离或泥沙形式被地表径流冲蚀，故除非下伏砂岩或灰岩等高刚度层位且倾向坡外，一般难以出现大规模滑坡。第9页/共118页5．汇水域及地表、地下水文网

当一处坡体具备变形、失稳条件时，导致其失稳的直接诱发因素之一是水的作用，包括地表水和地下水的作用，其中地表水及大气降雨又往往是该部位地下水的直接补给源，故对一处坡体的研究，它的研究范围应该是地表水汇水域，如下图。地表水系的展布格局往往提示变形域或崩滑体的分布轮廓，同时又往往是崩滑体的解体边界。

其次，一次大气降雨有多少渗人地下和渗入到什么深度（不一定都渗人到地下水位而使地下水位回升）等，即大气降雨怎样改变原有渗流场，都要通过该汇水域的水文计算才能推断。6．人为改造在前面已经提到，一处岸坡的新的变形都是从改造地形而开始的。所以，人类的改造活动对岸坡稳态的影响首先是不合理的开挖、切脚。当然，人为的诱发作用还有爆破、（给）排水和排污失控以及乱砍滥伐和开垦等。第10页/共118页二、坡体形变－渗流场

“地质体”是坡体形变－渗流场的物质载体。所谓地质体，是指那些具备相对独立地形有变形作用的自然体，其规模大者可以是一个板块或大地构造单元中的I级或II级等构造单元，小者可以是可独立变形、运动的坡体或崩滑堆积体。若要对一处岸坡的稳态进行评估或对今后的变形趋势进行预测，需要用具体的特征参数建立各种变形影响因素之间的相互制约关系，进而描述变形进程。为此，必须将前述的地形地质环境与条件转化为可用数学物理模型进行描述的形变一渗流场这样一个地质体。第11页/共118页1．形变场形变场由形变空间、形变主控界面、应力场和地震力等构成。

<1>形变空间

地壳表层是一个开放系统，而自然岸坡或人工边坡的坡体外侧是无限形变空间。但在另一方面，对一个具体的坡体而言，形变空间具有特定的含义：（1）均质坡体应力松弛域的下沉、倾倒、倾覆以及旋转，形变空间除了坡外无限形变空间外，还有岩体自身的各类界面和风化域。（2）非均质坡体在具备均质坡体上述形变空间的同时，易变形层位的存在使坡体的下沉、倾倒、倾覆以及旋转等形变优势化或特性化，即易变形层位的分布格局(水平、顺向、逆向或斜切)决定坡体的主要变形型式及变形域的规模。作为特例的切脚顺向坡，形变空间特指坡脚临空部位，或者说该部位是导致边坡滑移的初始形变空间。第12页/共118页

当研究崩滑体的今后变形趋势时，形变空间的判断具有特别重要的意义，同时有一定难度，因为形变空间的函义同时包含两个方面的内容：

一是崩滑体是沿着原来的主滑带发生整体性滑移；二是崩滑体自身的变形同以滑移型式出现的整体性失稳又有什么关系？其中，前一个问题是坡外无限形变空间问题，而后一个问题是地质体自身的有限形变空间，二者的概念截然不同。所以，边坡工程中很重要的研究内容是形变空间的判断，而正是这个判断方能揭示坡体的变形、失稳机理。第13页/共118页<2>形变主控界面

形变主控界面要分以下四个层次进行研究：

（1）第一层次构造成因节理裂隙和断层、挤压带、劈理、层间剪切(滑)带、层间揉皱带，而节理裂隙的基本格局是走向、倾向及一对剪裂隙(平面)和反倾向裂隙(剖面)，但要注意不同构造期的节理裂隙系统；（2）第二层次同边坡成型同步的卸荷松弛域，多数追踪初始构造成因界面并使其规模扩大，但也会形成新的界面，使断续构造界面相互连接贯通；（3）第三层次风化作用在脆性岩体中基本上追踪构造成因界面发生，在泥质碎屑岩中还可产生风化裂隙；（4）第四层次变形裂缝、重力成因断层、蠕（流）变域。只有在对上述四个层次的界面系统进行细微的调查、归类之后才能判断那些直接控制坡体变形、失稳的界面组合模式，而这个问题却往往被忽略。第14页/共118页<3>应力场

一般来讲，地壳的应力场自表层、浅部的自重应力场向深部地壳构造应力场过渡，而自重应力场同构造应力场之间的差别在于后者应力场的两个水平方向主应力s2和s3大或者说三个主应力量级相当甚或水平主应力s2或s3大于铅直方向主应力s1

。第15页/共118页2．渗流场

汇水域及地表、地下水文网对边坡稳定的影响趋势第16页/共118页第17页/共118页（一）地下水的补给、赋存和运移系统

坡体地处地表、地下水的排泄部位，除了碳酸盐岩以外，碎屑岩、特别是第四系地层岸坡，地表水改造坡体表面甚至形成各种类型冲沟网或使坡体解体；地下水排泄（出露）部位又往往是坡体变形、失稳起始点。

所以，在对一处坡体进行研究时，必须查明地下水的补给源，地下水的赋存条件或层位以及该地下水的循环过程。一般而言，有以下四种情况：第18页/共118页（1）越流式补给主要是长石石英砂岩、岩溶地区和第四系地层中的粉细砂、中粗砂层，往往以层间赋水形式出现，承压或间歇型承压，地下水动态基本上不受坡体处大气降雨影响，且具有一定的动贮量。（4）江水波动域主要是松散介质岸坡，在汛期受江水瞬即补给，特大洪水往往形成负型，地下水位即地下水位外侧高内侧低但塞水域限于沿江一带，对坡体的改造影响明显。（2）上层滞水型这是完全受控于大气降雨的、浅层封闭或半封闭型赋水，这类赋水层(域)往往是浅层变形、失稳的控制部位；岩质岸坡中的卸荷松弛域也属于这种类型。（3）地下水赋水带(层)主要出现于第四系地层及崩滑体中，大体上以下伏基岩面为底板，在松散地层底部一定厚度赋水，补给源一是周边基岩裂隙水，二是大气降雨或地表堰塘渗水。地下水动态同大气降雨之间的相互关系取决于坡体的渗透性能，中、强透水介质中，地下水位变化直接受控于大气降水，但一般地，地下水位变化滞后大气降雨数小时至数日，在弱透水介质中这种关系不甚明显。第19页/共118页坡体渗流场地下水补给源的判断有以下三种情况：3）同时有第1）和第2）两种补给源，是一种最复杂的情况，多出现在岩溶地区和深大断裂或断裂、裂隙密集部位。判断这三种类型最简便的方法是钻孔分段、分层地下水位与水温及水化学成分的鉴定，故在岸坡稳态研究中“终孔混合水位”的概念是忌讳的。

1）渗流场面积同补给区面积相对应，即坡体渗流场的地下水直接由大气降雨渗入补给，故渗流场仅局限在浅层风化带中；2）补给区面积大于渗流场面积，坡体渗流场的地下水可由外围地下水补给甚至越流式补给，坡体中地下水多呈现为脉状承压，在岩溶地区还会出现集中型甚至管道流；第20页/共118页（二）地下水动力学参数

对坡体地下水的补给、赋存和运移条件的研究，其最终目标是要判断以下地下水动力学参数：(1)集水结构垂直岸线或同岸线大角度斜切的长而大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域，可汇集地表地下水。(2)受(水)压结构(面)大致平行岸线或同岸线小角度斜切的长大或可追踪贯通的节理裂隙、断层、挤压破碎带和松动域。由于地表水位的波动，这一结构(面)始终处于静、动水压力周期性变化环境中，故构成岸坡的变形与失稳的第一控制界面。第21页/共118页水平地层(稳态)水平地层(泥岩侵蚀效应)

水平地层(泥岩侵蚀效应)第22页/共118页

陡倾顺向坡(稳态)

缓倾顺向坡(侵蚀性改造)

切向坡(稳态)第23页/共118页

在非均质松散介质中，渗透系数剧变部位可以形成明显的静水压力或浮托力，而这两种力对该地质体的整体作用表象是似动水压力，而在准均匀介质中，地下水的作用则表现为有效应力场即孔隙水压力效应。

孔隙水压力效应也是一个复杂的过程：孔隙水压力的存在条件是饱水介质处于围压作用环境，而若不存在围压条件，孔隙水压力即消散。实践资料提示，在K=10-5～10-7cm/s介质中，孔隙水压力也在消散。

但实际调查必须注意的问题是介质的渗透各向异性和非均质程度，故若能进行渗透系数区划，可大体了解孔隙水压力、静水压力以及浮托力等三种效应。第24页/共118页（3）动水压力形成条件确定地下水流网系统(孔隙或裂隙系统)、渗透系数等。其中

Pid为第i条块单宽上体中的动水压力(t/m)，作用点取水深之一半、方向为水流的切线方向；bi为第i条块水压力作用倾斜角；A0i为第i条块地下水位以下部分的面积(m2)；n

为边坡材料的孔隙比；n

为水的重度。第25页/共118页（4）附加荷重效应

考虑到崩滑体等介质的渗透系数多居10-3～10-5cm/s间以及非均匀渗透性，地下水位的变化还往往表现为附加荷重的形式。

地表水体(如湖泊、水库等)自低水位至正常水位，然后自正常水位再到低水位，将直接干扰岸坡渗流场。如果水位快速降落，岸坡、松散介质中地下水位回升之后来，特别是在水库中水位同步降落，高、低水位之间的水体对下伏主滑带等变形主控界面是将产生额外增加的附加荷重，在主控界面的正应力分量增大，相应地，沿变形界面的剪应力成分也增大，故地质体沿变形界面的抗滑强度也随之变化。在这样的情况下，额外增加了的水体荷重对该地质体的稳态是不利。（5）物理化学效应

对于一个倾斜型主变形界面(如原主滑带或基岩面)上的地质体而言，影响甚至决定该地质体稳态的主控因素就是主变形界面饱水后的物理化学作用。饱水体的力学参数总是小于干燥体的力学参数。如果水化学作用兼而有之，特别是溶蚀而不是诸如钙化等胶结作用，c、f值会有根本性的变化。第26页/共118页三、边坡工程勘察要点

从力学角度考察，边坡工程介于地基工程与硐室工程之间。地基工程的主要指标是岩土地基的承载力，而地基内任意点基本上处于三维应力状态；硐室则改造（释放）硐周初始地应力场但硐室尺寸不大，对初始应力场的改造空间有限。边坡工程则是开放系统，具备大体积岩体自由运动的空间，高陡人工边坡还涉及初始构造应力场。所以，边坡工程的地质勘察所涉及的内容要比地基工程或硐室工程丰富很多。边坡工程勘察设计阶段

技术设计竣工验收

施工详图设计初步设计选线勘察第27页/共118页1．基本资料及工程地质分段（区）

类似其他类型工程，边坡工程，公路(铁路)跨越不同的地形地貌类型及构造单元的线型工程的边坡设计，特别需要区域性地质、地震资料。

区域性地质、地震资料的研究目标是了解各部位坡体的岩石类型及其组合、控制坡体变形、失稳的主要构造、地表水的展布格局及水文地质类型以及地震等，进而进行工程地质分段(区)。各段(区)要分别编制相应的勘察要求，其目的是明确各部位地质勘察工作的内容与目标，防止或避免普通地质学调查。通过勘察，各不同类型段（区）要按边坡工程的难易程度进行“边坡工程适宜程度分区”。边坡工程适宜程度分区的依据是地形坡度及微地貌分区图；稳态分区图和水文地质分区图。第28页/共118页（一）地形坡度及微地貌分区图

地形坡度及微地貌分区图的编制依据是地形坡变，可按(用坡角表示)小于5度，5～10度，10～15度，15～20度，20～30度及大于30度等六级进行分区。（二）稳态分区--稳态的判别标志是：l）在自然状态下坡体整体稳定，不存在可导致坡体大体积变形、失稳的构造界面及这类界面的组合条件；2）开挖边坡不会导致坡体大体积变形、失稳。根据坡体的稳态，可划分为稳定的、欠稳定的、不稳定的和警戒区等四级：（4）警戒区正在变形中的坡体（变形体）和崩滑体等。（l）稳定的坡体在自然状态下和开挖边坡后均处于稳定状态，基本上可不采取护坡措施。（2）欠稳定的坡体在自然状态下稳定但在开挖边坡后可能导致局部性变形、失稳，需要采取支护措施。（3）不稳定的坡体内存在着的地质结构面在开挖边坡后可能构成较大体积变形、失稳的控制界面（组合），支护工程量大。第29页/共118页（三）水文地质分区--两个层次

第一层次——地下水补给源的判断有三种情况：（1）越流式补给指坡体地表水汇水域的外围补给源。这类情况主要地出现在岩溶地区和易风化（特别是层间风化）长石砂岩分布区，它们的水补给源较远甚至很远（如地下暗河）。（2）大气降雨补给指含水层或赋水域的面积同大气降雨补给面积一致或大体相当，换句话说坡体中的地下水补给源仅限于该部位的地表水汇水域。（3）混合补给除了第（2）补给源外还有周边裂隙水补给，或第（1）和第（2）补给源同时存在。

第二层次—坡体各层（部位）赋水、透水性可按下述内容进行分析判断：

1）在砂泥岩交互层中，砂岩是否顺层深化构成层间含水层。

2）断层带、劈理带、裂隙密集带以及剧烈揉格带。

3）岩溶洞穴、溶隙。

4）松散堆积层。第30页/共118页（四）边坡工程适宜程度分区

坡度、稳态及水文地质分区图是边坡工程适宜程度分区图的编制依据。边坡工程适宜程度可分以下五级（区）：V区（回避区、警戒区）－具备大体积变形、失稳的条件、如崩滑体和变形体等。I区（适宜区）－地形坡度（用坡角）小于10度，即基本上不形成人工边坡，或深挖边坡的坡顶近水平，不存在斜坡一带常见的、平行坡面的主应力效应，这类主应力往往导致斜坡浅部倾覆、剪滑；地质条件稳定；不存在大的静、动水压力形成条件；边坡支护工程简单或不需支护。II区（较适宜区）－基本上类似I区，唯地形坡度(坡角)10～15度，仍不会形成高、陡边坡，但深挖边坡会揭露软硬相间层位或地下水位，需要一定的支护、排水工程量。III区（限制区）－地形坡度15～25度，坡体地质结构复杂或遇见地下水处理问题，要求严格论证坡高、坡形以及支护排水措施IV区（复杂区）－地形坡度大于25度且地质结构复杂，开挖边坡会诱发坡体变形、失稳，支护工程量大。第31页/共118页2．必须提交的成果

1）区域地质、地震环境论证报告；2）综合工程地质图（含地质剖面图）；3）边坡工程适宜程度分区图；4）分段控制结构（面）及其组合模式和边坡稳态分析模型；5）边坡设计基本参数，含可导致边坡失稳的各参数临界值；6）可导致边坡失稳的主诱发因素。

第32页/共118页四、边坡工程的设计与加固

1．边坡工程设计与加固的顺应性与协调性准则

判断一处边坡是否安全，取决于对边坡所处自然环境与地形、地质环境的了解程度，以及能否把握住保持边坡安全的基本条件（或主导因素）。这个问题在地形地质情况复杂的地区更显突出、重要。改造自然的第一条基本准则是“顺应”，即充分利用自然界造就出来的稳定状态（简称稳态）条件，改造那些处于非稳态的自然条件使之处于新的稳态。

边坡工程设计与加固的顺应性与协调性准则所体现的基本思路是岩土工程问题需要从大局着眼，判断区域性环境对局部环境的主控成分（要素），然后对各类问题逐一进行调查并作出结论或拟定“顺应”条件。第33页/共118页2．边坡的设计与支护思路

以土质边坡为例，今设在该边坡上开辟一条公路或房基，在考虑顺应性与协调性准则的前提下容许的人工边坡、坡高与坡度应该怎么决定。

人工边坡是否遵循了顺应性准则，其参比识别标志是所谓的稳态坡形。处于稳定状态的自然边坡，是经历地质历史时期形变场、渗流场、热流场、化学场以及地表侵蚀等多种改造作用综合调整的结果，所以它是识别稳态坡形的第一依据坡形。

顺应性与协调性准则的实质是要充分利用自然界自身的稳定条件，改造不稳定部分，使边坡长期处于稳定状态。依山就势和因地制宜，可以说是实施顺应性与协调性准则的具体体现。自然界是一个复杂系统，既合稳定成分也有不稳定成分，随着时间的推移，原来稳定的成分还会转化成为不稳定成分，或者说人类活动的干扰将会加速这类转化。所谓地质灾害或环境地质问题，是以人类的生存条件(环境)为主体而定义的。如何防止或避免这类环境地质问题即构成边坡设计的基本思路。第34页/共118页环境地质问题将起因于以下三个方面：

一是地形、地质环境中的不稳定成分直接转化为环境地质问题。比如，若一条公路穿越变形中的崩滑体，该崩滑体终会失稳。而这一趋势是客观存在的，公路建设会加速变形进程但不是导致其失稳的直接原因。

二是人类的工程活动诱发新的地质问题发生。比如堆积在倾斜面的坡积层在自然状态下是稳定的，但将其长距离开挖至基岩面时，坡积层即开始变形甚至大面积下滑。当边坡揭露地下水面时也出现类似的地质问题。

三是诸如地震等或然性事件诱发坡体变形、失稳等。地震动所引起的崩、滑即属这一类。

所以，如何区别上述可导致环境地质问题的三种原因及它们之间的相互关系，是边坡的设计与支护工程首先必须答复的问题，而这些问题又将因坡体类型不同而不同。第35页/共118页（1）边坡的设计与支护基本要素

(一)岩质边坡<1>地形要素－诱发新的地质问题，首先是由于对原有地形的改造，特别是在山区。要使改造后的地形仍然处于稳定状态，人工边坡的设计参比坡形就是该部位的自然稳态坡形。<2>地层岩性要素-从岩石类型可以推断边坡的变形、失稳型式。1）结晶岩宽厚风化层(壳)沿冲沟两侧岸坡的局部性崩塌，南方多成“崩岗”地形。2）石灰岩除了含夹层顺向坡可以发生滑移性失稳外，多呈现为崩塌或被溶隙切割而形成的分割块体的倾倒、倾滑以及空间挠曲、压裂等。3）砂、泥岩交互层主要表现为泥岩风化、侵蚀而导致上覆砂岩座落(滑)，故多呈台阶型地形。4）泥岩基本上是风化剥蚀、水土流失或泥石流；当其被深大冲沟切割时，两冲沟间岩体风化、松弛后有可能发生较大体积岩体滑移。5）膨润土蒙脱石等亲水矿物必然成为坡体变形、失稳控制层，在地层产状近水平的地区也是如此。第36页/共118页<3>地质构造要素1）地层产状近水平坡体的变形、失稳主控界面是平行江河、沟谷的垂直裂隙同层面的组合，变形体的规模取决于侧向（垂直江河、沟谷）界面的间距。当下伏亲水矿物层或易风化层时，变形、失稳规模可达几百万甚至几千万立方米，重庆市和万县市即是如此。2）顺向坡当地层层面倾向江河时，顺层（面）的变形、失稳是基本型式，而变形、失稳规模的控制参数是层问摩擦角（f）同岩层倾斜角(as)二者的关系，即变形、失稳条件是：

as>f。3）反向坡当地层倾向山体时，坡作的变形、失稳控制界面是反倾向（即倾向江河）裂隙同层面的组合。在低刚度砂、泥岩交互层中呈现为坠溃型失稳。4）斜切坡坡体的变形、失稳型式及规模取决于走向裂隙与倾向裂隙产状同层面产状之间的相互关系，在高刚度岩体中呈现为局部性崩塌，在低刚度岩体中可形成一定规模的崩滑或坠溃。第37页/共118页(二)土质边坡1）冲洪积层变形、失稳控制层是层间粉细砂（即易液化层）、淤泥以及膨润土；当边坡切穿地下水面时，地下水渗出部位往往是边坡失稳的起跳部位。2）倾斜面上的崩坡积层这类层位需要特别谨慎，基岩面往往是地下水循环带，一旦揭露地下水必将导致大面积变形、失稳。3）崩滑体崩滑体首先必须论证其今后的演化趋势，分别论证浅层失稳与整体性失稳的条件。在对崩滑体的整体稳态进行充分论证之后，具体研究建筑物位置或公路线路。不同于冲洪积层，崩滑体多疏松、架空，故边坡工程必须考虑上体的固结问题。崩滑体要按物质结构进行分区并利用以碎块石为主体的区域，回避以泥土为主体的部位，因为崩滑体的后期改造主要地出现在这类部位。4）地表地下水除了地震和大药量爆破等不合理的人类活动干扰外，影响边坡和崩滑体稳定的第一因素是水，故对地表水和地下水的研究进而建立渗流场模型，是边坡工程和崩滑体治理工程的第一任务。第38页/共118页具体地，要明确以下几个方面的问题：1>地下水同大气降雨、洪水之间的相互关系；2>地下水的补给、赋存、运移及排泄；3>坡体的渗透系数分区；4>静、动水压力形成条件及量级；5>地下水的化学成分。据此，具体进行地表、地下水排水型式及系统设计。

疏干坡体或崩滑体，固然是我们所期望的最终目标，但实际上不可能做到。我们所能做到的就是：坡体或崩滑体的地下水位要保持在一个水平，在这个水平下，该坡体或崩滑体的稳态能得以保证。必须强调的是：不要改变变形主控界面（如原主滑带或层间软弱夹层）处于季节性干、湿交替环境中。要保证：要么使其处于干燥或天然含水量状态，要么使其处于饱和状态（但必须论证饱水条件下坡体或崩滑体的抗滑安全余度）。第39页/共118页(2)边坡的支护

边坡的支护基本上是以下三个方面考虑：1）对坡体上已经出现的松动带的处理。实际上所有人工边坡都注意到了这个问题。故多采用挂网喷浆、锚固、清除等多种手段进行治理。2）不使人工边坡导致坡体出现新的松动域。这个问题主要出现在深挖而且涉及初始地应力场边坡中。在这类场合，首先要进行地应力场研究，然后进行弹塑性有限元分析，大体评估可能的应力松弛带及其规模并用变形监测数据进行反分析。同有限元分析结果相比较，依次修正分析模型，最后推断可能的变形量量级与应力松弛带的规模，以作为锚固设计依据。在这一分析中，还要进行独立运动块体的判断甚至离散元分析，以确定局部补强方案。3）不使人工边坡改变坡体初始渗流场。该个问题的难度较大，特别是地下水排水系统设计，主要是由于初始渗流场情况不明了。岩体渗流场模型的建立依据主要是断层、劈理带、裂隙密集带以及松动、风化带等集水构造或部位的空间展布格局，然后进行水文地质钻探与试验，以获取必要的渗流场参数。故治理措施基本上是地表排水，人工边坡要及时挂网喷浆进行保护。第40页/共118页3．土质边坡的抗滑措施

土坡增加稳定的常用两种方法是：①利用一种外来施加的力系抵消或平衡下滑力；②增加土体的内在强度以致斜坡在没有外来力系的帮助下保持稳定。在设计研究期间，两种方法都应予以考虑，以保证最好的技术经济效果。类似的方法也被用来整治施工期或施工后发生的滑坡。

增加潜在的或现有的滑坡的抗力的很多方法都是适用的。尽管这些方法的内容可以是很广泛的，但可以把它们概括为两个基本原则：①在滑坡的趾部施加抗滑力；②增加滑动带土体的强度。下面介绍三种方法（扶壁或填土反压、桩系统和锚固系统）主要是在滑动体趾部施加抗力，而其余的方法(地下排水、化学处理、电渗排水和焙烧处理)是增加破坏带土体强度的主要方法。第41页/共118页（一）施加外力(1)扶壁或填土反压法

稳定斜坡的扶壁或填土反压设计包括一个基本原则，那就是提供足够的自重或在不稳定体的趾部附近人为地增强约束以防止坡体移动。根据未支挡前的斜坡几何形状和可利用的土的抗剪强度作的稳定分析预示出导致坍滑的各种力和土体中存在的抵抗移动的各种力。扶壁则在斜坡的趾部附近提供一个附加抵抗分力以保证足够的抗破坏安全系数。作为设计的稳定体的任何抗滑结构的效能体现在该结构物对下述三种情况的抗衡作用：①倾覆；②沿基底面或基底以下的滑动；③内部剪切作用。在抗倾覆分析中，把扶壁视为承重结构并对力系进行解析，以保证合力的适当位置。在基底面或基底以下的潜在滑动分析中，在设计和施工阶段都必需注意，确保扶壁具有足够的基础深度和保证扶壁置于其上的土层的规定质量。考虑内部剪切作用时，要求设计者必需验算扶壁或填土反压结构内不同高度处横断面的尺寸，保证抗滑结构不致受内部剪切而破坏。第42页/共118页(2)支承桩法

加筋土是由回填土和土工织物、土工格栅按一定的设计组成的材料，能形成一个足够支承和约束大负荷的块体。加筋土挡墙的侧面通常是垂直的，且填料被充填在织物或素混凝土板的后面。加筋上在公路建设中正获得更多的用途，特别是用作扶壁式的挡土结构。和扶壁一样，加筋土是一种设置于稳定基础上的重力式结构，并且这种结构的设计必须能抵抗各种斜坡推动力，即能抗倾覆、抗内部剪切和抗基底面或低于基底面的滑动。通常采用的扶壁或支承结构的其他类型包括木材挡土墙；木的、金属的和混凝土的框架；毛石的和污工的挡土墙、钢筋混凝土挡土墙及不同型式的锚杆挡墙。

在城市地区减缓斜坡或填土反压都不适于解决路堑边坡的稳定问题。由于用地的限制和已有的结构物的存在，要求更紧密地注意拟定的稳定方案所带来的可以接受的危险。一种实用的方法是用大直径的桩群作为预挖支承。需详细地预示出导致移动的力系，而抵消土体移动所必需的附加力由紧密排布的垂直桩墙来提供。现浇桩群可以设计成悬臂式或带锚杆的锚系式。两者中任一方式都要求桩的横断面能抵抗土体在开挖过程中的全部土推力。第43页/共118页(3)锚固法

在很多情况下，大的滑体移动往往在桩尖以下土体中发展成破裂面，所以，这种桩的所有设计方案都应该用实际的土参数慎重进行。甚至是最小的滑体，这些力也是较大的，因而，为防止土体滑动并充分发挥桩的效能，必须使它具有足够的横断面和锚固深度。

锚固系统是一种类型锚系墙，这种墙的许多变换形式的设计是有用的。这种墙的设计都是利用拉杆系统传递荷载到滑体后面良好抗力区域，并使其承受作用在墙上的回填土压力这一基本原则的。拉杆包括先张拉或后张拉的钢束、拉杆或者是钢丝和某些形式的锚固桩或能发挥足够被动土压力的其他方法。第44页/共118页（二）增加滑体滑面本身强度(1)地下排水法

滑体的最有效处理措施之一是通过地下排水来增加土体的抗剪强度，即提高土体的c、f值，同时也可增加破坏面上的有效垂直应力，使总的抗滑能力提高。－－破坏面上的有效垂直应力。第45页/共118页(2)化学处理法

该项技术包括用浓缩的化学溶液处理沿潜在滑动面的粘土矿物。用于离子交换的实际化学溶液是由被处理土的粘土矿物和滑动土体中的主要地下水状况来确定的。为了借助于离子交换使粘土的性质产生化学变化，粘土矿物中的一些阳离子被注入的化学溶液中的不同阳离子置换出来。在饱和粘土中，阳离子通过土结构的迁移速度比水渗透的速度似乎快得多。阳离子置换可能导致土的剪切强度增到200％～300％。虽然用各种方法处理的大多数粘土的剪切带初始强度是较低的，但是，强度相对的较小增加通常就足以使滑体稳定。

其他化学处理法有石灰或石灰土混合法、水泥砂浆和含钾溶液浆。试图增加土的抗剪强度最常用的化学处理主要是石灰。水泥灌浆法在某公路工程中得到应用，一段90m台阶形公路路堑开始向前滑动，并威胁公路和公路边坡下大的供水水库。经调查分析表明道路基础区域由较厚的破碎块石、岩锥碎屑组成。在沿岩石空隙大的滑动面处设置了观测仪器，将大量的水泥浆灌注到该层的空隙中和周围区域，增加了斜坡基础的抗剪强度。虽然大量的浆液费用很高，但斜坡确实被稳定住了。第46页/共118页(3)高压喷射注浆法

利用钻机将带有喷嘴的注浆管钻进滑体滑动面的预定位置后，以高压设备使浆液或水以20MPa左右的高压流从喷嘴中喷射出来，冲击破坏土体。当能量大、速度快和呈脉动状的喷射流的动压超过滑体土体的结构强度时，土粒便从土体剥落下来，在喷射流的冲击力、离心力和重力等作用下与浆液搅拌混合，并按一定的浆土比例和质量大小有规律的重新排列。浆液凝固后，便在土中形成一个固结体。固结体的形状和喷射流移动方向有关。一般分为旋转喷射（简称旋喷，主要用在地基加固）及定向喷射（定喷）。后者是喷嘴一面喷射一面提升，喷射方向固定不变，固结体形如壁状，特别适合于加固滑坡体，它不仅具有加固质量好、可靠性高、止水防渗、防止砂土液化、降低土中含水量和减少支挡结构上的滑体压力等特点，而且还具有不影响邻近建筑物、不对周围环境产生危害、不影响滑体上的建筑物、道路交通和节省钢材等特点。第47页/共118页(4)电渗法

电渗法可在现场有效地增加土体抗剪强度。这种方法虽然费用昂贵，但它能够引起孔隙水在预先埋置的电极之间迁移，孔隙水的损失又可引起土壤固结并增加土的抗剪强度。国外一个开挖约45m深和面积约24mX12m的基坑以便设置桥基支撑的公路工程，四周边坡主要是饱和的稍均匀的粉砂土位于2.5:1的斜坡上。在开挖边坡时发生了滑坡。在考虑冻结、化学灌注、放缓边坡和挡墙等比较方案之后，选择了电渗作为最经济的方案。在三个月的时间里降低地下水位以保证施工的顺利进行，开挖边坡变陡到1:1，最后，成功地完成了这一工程。(5)焙烧法

焙烧法的各种应用在早期被应用到公路滑坡和不稳定铁路路基的支撑工程中。第48页/共118页（三）综合治理法

在大多数的应用中，是上述各种方法的综合应用。扶壁填土可与地下排水系统结合使用，增加抗滑力并使排水系统变得更有效，因此斜坡的稳定性随时间而增加。从竖井中抽水可在施工期间保持路堑稳定；而平孔排水常可作为长期措施，同时替代竖井抽水。如在平孔施工时，从两个竖井中抽水，以减少水压。为了保证重建路堤的完整性又铺设了数条护道，而水平排水孔仍继续减少土体中水的压力。这种整治法的长期效应要求水平排水孔在结构物的使用期间起到应有的作用。在其他边坡工程中，各种不同的化学灌浆方法结合使用以增加事先确定的滑动带的强度，用以稳定缓慢移动的滑坡。

各种方法综合应用中不管是在设计和施工阶段都代表了细致考虑和应用工程原则以达到经济合理的解决办法的研究。在土工工程中，设计和实际施工多少总有点不一致，这是因为在施工期间，土体强度、地下水位和斜坡形态的各种综合作用在设计阶段不可能被充分考虑，因此仍可能发生斜坡破坏。第49页/共118页4．岩质边坡的抗滑措施

土和岩质的基本特征和性能的不同，因而岩质边坡设计完全不同于土质斜坡。岩石和土不同，土是一种相对匀质的、由非胶结颗粒组成的连续介质；岩体则是不匀质的和主要由不连续面分隔的分离岩块组成的非连续介质。坚硬岩体内空间几何形态和土与岩石组分的联结性质是完全不同的。土的破坏发生在土体内部而且破裂面的方向和土的性质变化无关。然而，坚硬岩体中的破裂面则沿预先存在的不连续面并不完全贯穿完整的岩体，除非岩体的岩性是很软的。因为岩体的强度和变形性质是各向异性的，故岩体的抗剪强度很大程度上取决于不连续面的存在。岩质边坡设计包含工程问题和地质问题，除此之外，还要将评价和判断技巧与以前实例中的知识结合起来。这些因素包括构造地质、区域地形、排水条件、水文地质、大地构造史和其他增加或降低斜坡稳定性的环境特征。第50页/共118页一、岩质边坡设计中的重要因素（一）结构面的不连续性

岩质斜坡的稳定性很大程度上取决于岩体内破坏面和不连续面的存在和性质。最主要的是，岩体的主要物理力学性质是随这些破坏面的状态、形状和空间分布而变化的。岩质边坡设计的基本原则是以下述几方面为基础的：（l）节理和其他不连续面的体系；（2）这些体系与可能的破坏面的相互关系；（3）节理的强度参数，包括节理面和各种节理充填物性质；（4）节理中的水压力。

岩质斜坡的稳定性主要是通过分析岩体中的结构不连续面来进行评价的，而不是以完整岩石本身的强度来评价。当结构的不连续面影响到沿这些特征面的抗剪粘聚力和摩擦力时，应该观察沿不连续面的剪切破坏情况。对于结构不连续面和岩质斜坡的方向和倾角及任何可以影响潜在破坏面的各种因素的关系必须给予特别的注意。第51页/共118页结构不连续面的主要性质及所需的定性和定量评价如下：

1．空间方位或状态－－是最重要的性质。如果节理的方位能促使斜坡破坏的话，那么其他性质的影响通常是不重要的，必须仔细考虑那些使斜坡失稳的倾斜的不连续面。当不连续面的走向接近于斜坡的走向时，其潜在的不稳定性会成比例地增加。2．岩体的连续性或规模－－评价岩体的连续性或规模特征是最困难的。含有一个或多个不连续面的破坏面上的强度损失是随不连续面的规模而变化的。一组特殊的节理组的平均连续性部分地表示出岩体材料和不连续面分别对岩体力学性质的影响程度；此外，平均连续性影响含有这些特征的可能破坏的大小。3．充填物－－充填物的三个最重要的特征是厚度、类型和硬度。如果充填物有足够的厚度，那么不连续岩面将互不接触，其强度性质将是充填物的性质。

4．间距－－不连续面的间距部分地表示完整岩体和不连续面各自对岩体力学性质的影响程度。如果间距很小，岩体就软弱。较大的节理频度增加膨胀(扩容)的可能性。第52页/共118页5．粗糙面－－存在有二种：第一种粗糙面(波纹)不可能被剪断，但它影响沿不连续面的剪切位移特征并能有效地改变斜坡破坏时的移动方向。不连续面上的起伏和波纹降低该面的有效视倾角。第二种粗糙面(不平整面)是较次要的，在移动期间可能被剪断，这些面使沿不连续面的摩擦强度明显增加。6．先期的剪切位移－－不连续岩面上的剪切位移将破坏粗糙面上的凸凹不平，因此，剪切强度从最初的峰值强度降低到接近残余强度。7．岩石种类－－不同种类的岩石及其蚀变后的生成物，由于它们的成因和成分不一样，有着不同的软弱性和强度。因此，不同种类的岩石和充填物的性质变化很大。每种岩石的特征都明显地影响摩擦角、粗糙特性和不连续面的硬度。8．岩石的硬度－－与无侧限抗压强度之间有着一定的关系。硬度增加，抗剪强度相应增加。在沿不连续面剪切破坏期间，充填物和第二种粗糙面被剪断，不连续面的剪切强度是充填物的强度和组成粗糙面的岩石的强度的函数9．成因－－不连续面的成因将影响它们在斜坡中的工程意义。第53页/共118页（二）地下水

节理中的地下水与起其他所有因素相比，可能是造成岩体滑动更主要的原因。因此，必须详尽了解水文地质特征及其影响，而了解水压力的分布及影响的诸因素则是最基本的、必须充分考虑结构、构造和层位对水的流动、渗透性、补给量和蓄水能力等因素的控制性影响。同时也要考虑自然环境因素，如气候条件的变化，这种情况会引起补给量的周期增高或降低以及地下水状况的其他变化。

斜坡中的水能通过以下几个途径影响斜坡的稳定性：1）通过物理和化学作用影响节理充填物中的孔隙水及其压力，从而改变充填物质的强度指标。2）节理面作用的静水压力减少了作用在它上面的有效正应力，从而降低了沿潜在破坏面上的抗剪强度。3）由于水对颗粒间的抗剪强度的影响，引起抗压强度的降低。第54页/共118页（三）岩性、风化作用和侵蚀作用

一般来讲，斜坡是由不同地质成因的岩石综合组成的。这种岩层可以是层序不一的沉积岩，也可以被火成岩体侵入，也可以部分地遭受变质作用。岩体代表几种岩石单元的总和，其力学性能是整个岩体的力学性能，这与单个岩石单元本身的性能是大不相同的。其中产生不连续面的岩体或主岩直接影响不连续面的强度特征，特别是在没有节理充填物的情况下，不连续岩面以二种方式影响节理的强度：其一，影响组成节理物质的摩擦性质；其二，影响节理面起伏不平的原始强度。

风化作用可对岩石的变形性质产生不利影响并降低其极限承载能力和其他强度性质。风化作用的影响，在通常情况下只能定性地予以评价，但对于充分了解的斜坡分析应该做到定量评价。水分也能引起岩石的变化，含水量的增加可造成蒙脱土中高的膨胀压力。这种高的膨胀压力和低强度可导致岩石崩落，在某些情况下能导致岩体滑动。地下水位的变化也能影响含有易溶矿物的岩石，如岩盐、石膏等，许多斜坡的破坏都与低强度的石膏、滑石、绿泥石和其他在断层带中形成的层间矿物有关。第55页/共118页（四）气候条件华中科技大学岩土工程研究所

日温差变化、降雨、降雪和冻融等情况既可单独地又可综合地造成明显的斜坡稳定问题。由于季节性降雨、突然的暴雨和坡面上的冰引起地下水位的变化。由于开挖面的形成，高渗透区将紧靠此坡面，但此区域的范围尚难确定。如果斜坡坡脚的岩体承受接近于破坏荷载的话，那么附加的水压力就足以引起斜坡的破坏。在春融和夏季暴雨期间地下水位升高，故斜坡的破坏是最多的。某些破坏则是由于斜坡面上形成的冰冻促使节理中形成水压而引起的。冻结作用直接地或间接地引起岩崩。当水冻结时，体积约增加9％，在受限制空间内冻结时会产生极大的压力。在那些向下延伸有限的狭长或不规则的充水裂缝和节理中，由于表面部分水的初始冻结可以变成本质上的封闭体系。在这种情况下，冰的膨胀和岩石的低压缩性可以产生破坏力，如果温度继续下降，岩石能承受更大的压力的话，这种破坏力在-22oC时可高达200MPa。这种程度的冻结温度在温带区并不少见。第56页/共118页（五）斜坡在平面和剖面上的几何形态

现行的大多数斜坡稳定理论把斜坡视为二维的(即把无限长的斜坡的一个单位长视为平面应变课题)，并认为斜坡的顶部和趾部的平面半径是无限大的。然而后一种情况在实践中是不会遇到的，平面呈凹形的斜坡比凸形的斜坡更稳定。在山区地形、公路或铁路挖方边坡常常是凸形的，因此多倾向于不稳定。相反，在露天矿中的边坡通常是凹形故较稳定。在斜坡中，水平切向应力可能是压性的，也可能是张性的，这将取决于斜坡的几何形态。切向斜坡的水平应力在凹形斜坡中是有利的，因为它们可起拱的效应，从而组成分割的岩体的块体具有向一起挤紧的趋势。压应力实际上改善抗剪强度，三个主应力都是压性的，而最大和最小主应力分别作用在垂直方向和径向方向。对于凸形斜坡，情况则相反，水平切向应力是张性的。虽然最大主应力仍是垂直的，但最小主应力作用在与斜坡相切的水平方向，且滑体物质处于拉伸状态。因而粘结力比正常情况时的要低。由于岩体抗拉强度较差，故斜坡中的拉应力集中引起斜坡失稳，致使松散岩块滑出。第57页/共118页（六）时间因素和渐进破坏

天然斜坡通过蠕动和流动过程随时间经受着渐进破坏。因此，斜坡的分析和最终设计既要满足短期稳定的要求又要满足长期稳定的要求。由于渐进破坏必须考虑以后的维修问题及其相应的设计问题，从实用观点出发，必须考虑到岩体的强度性质随时间的某些衰减。当岩体长期受到相对高的应力时，出现随时间的应变。产生这些变形的大多数作用力是时间的不确定函数，并和开挖效应、局部应力、地下水、物理和化学作用的交替过程以及温度、降雨的季节变化有关。这些作用导致疲劳和裂缝张开的不可逆变形和岩体逐渐软化。因为沿岩体中的软弱面的相对位移能够减少这些面上的摩阻力并引起斜坡的破坏。斜坡在刚挖好时可能是稳定的，但由于逐渐恶化并调整趋于平衡，随着时间的推移可以变得不稳定。坚硬岩石深层破坏所需的时间几乎是无法判断的。然而，浅层破坏像岩片剥落或掉片在开挖完成后几年内就可形成。在边坡设计中应该考虑这种破坏并建议整治措施。第58页/共118页（七）构造作用与残余应力

开挖形成的挖方边坡影响挖方边界处岩体的应力状态。这些应力集中程度的预测及其对斜坡稳定性的影响是复杂的。到目前为止，斜坡中的应力分布和应力对斜坡稳定性的影响方式的研究在很大程度上是假定的。数学和物理模型都还不能用于预测变换斜坡开挖形状的作用和应力集中的最后变化。所以最好的办法就是利用有限单元法进行数值试验研究。由于地层的构造作用，基岩并不是仅作用着岩石自重所产生的垂直力的可预知的平台。岩石可能也承受一定的水平向残余应力，在一定的情况下，这种残余应力对挖方的岩石性能有着重要影响。这种影响在深挖方中是相当明显的。局部应力、溶蚀、构造隆起、冰川均衡回弹及其他因素也可影响岩体浅层开挖的稳定性，即便这种影响是不明显的。第59页/共118页（八）现有的工程类比

边坡设计应考虑以往的稳定的和不稳定的各种斜坡的经验。自然斜坡和已开挖的边坡的分析将为拟定中的挖方设计，特别是为山岳地区的开挖设计提供有价值的背景资料。自然斜坡和人工开挖边坡的角度提供了在边坡设计中可采纳的偏于安全的边坡角。人们通过密切注意排水、人工稳定的各种方法以及自然斜坡形成过程的控制条件总是可以改变大自然提供的斜坡角。不管是从表面挖坡还是从自然斜坡来评价斜坡断面，问题都在于评价被考虑的斜坡许多断面所固有的安全程度。自然斜坡的安全系数一般都稍大于1，但在自然形成的地下水危害严重的斜坡的安全系数采用1。多数情况下，山坡的安全系数往往大于1。当斜坡形成过程相似时，稳定斜坡的历史状况能够用来预测设计坡度角的下限。斜坡历史状况的应用要取得某些因素，如斜坡破坏前后的几何状况、地质情况和斜坡物质的性质等。在边坡设计中应用历史事例时，斜坡的监测对比是必须的。对斜坡破坏的发生率(岩崩、滑坡、碎屑滑坡)和地质诸因素(地貌、结构、岩性、地下水、河流冲刷)进行比较分析以评价控制斜坡稳定的诸因素。第60页/共118页（九）扰动因素

扰动因素包括地震振动与车辆产生的振动的影响问题。列车的振动可能是影响斜坡稳定的重要因素。公路运输产生的振动是极小的，即使是紧靠公路边的斜坡，这种振动也常常是不重要的。第61页/共118页二、边坡设计和防治措施

岩质边坡的防治措施包括稳定措施、防护措施和报警措施。1）各种稳定措施，或者减少下滑力或者增加抗滑力，使稳定问题得到圆满解决。各种稳定措施减少了岩体移动的可能性，在岩质边坡的防治处理中一般总应优先考虑。稳定措施也能减缓斜坡的恶化速率，即减缓一种最终导致破坏的过程。2）各种防护措施，防止从斜坡上滑落的岩体到路面，因而对斜坡稳定问题提供了另一切实可行的解决方法。然而却需要相当大的维修工作量(在某些情况下几乎要连续不断的维修)。有时，防护措施能和各种报警措施有效地结合在一起。3）各种报警措施，可预告移动已经发生或者破坏已经发生；同时还可预告路面附近处立刻要发生的事件。这些措施对事件的来源方面不起作用。报警措施往往会形成过分的信赖，有时反而会延误适时的预防措施。在某些情况下，这种措施似乎经济一些，不是改善岩质边坡问题的有效方法，仅能被认为是最后的一着。第62页/共118页（一）开挖及其各种设计内容

从改善岩质斜坡稳定性出发，采用开挖法既是为了减少促成破坏的下滑力，又可以是清除可能引起斜坡破坏,即岩崩和滑坡的不稳定的或潜在不稳定的部分。可通过下列途径使斜坡稳定：l）清除不稳定的或潜在不稳定的物质。2）放缓斜坡。3）斜坡上方减重。4）在斜坡中设平台。5）以对岩体稳定危害最小的方式开挖。

通过斜坡稳定性分析，可确定总体斜坡角和为斜坡的不同部分设计的不同斜坡角。台阶对于斜坡的深层破坏似乎不产生影响。每一挖方都应设计得适合于主要岩层的状况。斜坡各部位强度性质明显不同的斜坡，为了减少岩崩和降低养护费用，就要求某些部分比其他部分更平缓一些。在新的挖方中，用变换坡面坡度、在强风化岩层下设平台、结构支撑和正确的爆破技术等基本上可以消除岩崩现象。第63页/共118页

如果在边坡设计中包括平台的话，那么在平台上应设置排水沟以截排地表径流和由泄水孔或其他排水设施流出来的水，并将水引出斜坡远离有问题的地区。为了发挥排水沟的效能，排水沟应保持畅通并能顺利排除岩屑和冰块。假如排水沟漏水或今后有可能漏水的话，需要进行衬砌（粘土、泥浆、沥青、聚乙烯板等）。平台的平面应有一定坡度，这样有助于将水汇集在沟中，并把水沿一个方向从潜在不稳定区排走。必须注意在将水从一个地区引到另一个地区时，排水沟不发生问题。为了控制侵蚀作用和种植植被，在严重风化岩层中挖方斜坡可以采用阶梯式平台。阶梯型开挖的斜坡，平台高0.6～1.2m，台面宽度和台高接近一样，并在稳定性分析基础上确定总体边坡角度。这种设计的目的在于将每一级台高处的风化物堆积在台阶上，最后形成一完整斜坡。台阶应修筑成水平状，避兔水的纵向流动，否则会引起相当大的冲蚀。这时可适当采用种草和铺草皮或其他稳定斜坡的方法。然而对剥落迅速的斜坡，在种草前应将平台的一半用土填筑以保护草籽正常生长。第64页/共118页（二）地表和地下排水1．地表排水

合适的地表排水设施，特别是对于软弱岩层或易受侵蚀的岩层，能够改善由于地表水作用引起的斜坡稳定性。应彻底调查不稳定斜坡上部后面的区域，以便确定地表水是流向不稳定地区还是流人土层中，或者是两者的结合。以下方法可以有效地用来控制地表排水：1）疏干施工区以上的池塘、积水凹地和小溪冲成的凹地中的水流，这些水能渗入不稳定区域。2）重整地表以达到控制水流和地表径流。3）在坡顶以上用混凝土、灌泥浆、沥青或聚乙烯板以临时地或永久地封闭或填塞张裂缝和其他明显的高渗透地区，这些地区将为大量水的渗入提供通道(封闭裂缝也将防止裂缝中的水冻结)。4）设置有衬砌（铺砌、灌注泥浆）或无衬砌明渠、涵洞、排水沟、水槽或水管将有危害的地表水流引人稳定地区。5）尽量不要破坏植被，而应促使植物生长。第65页/共118页2．排水钻孔

斜坡地下排水法包括排水钻孔、抽水井、排水廊道、竖井。其目的是降低地下水位，使水压力平面低于潜在破坏面。对于公路或铁路挖方中遇到的大多数岩质斜坡问题，最合适的实用方法是组成一个排水孔系统，以便把地下水位降低到斜坡中可能产生的破坏带以下。排水孔应延长至临界破坏区的后面。确定相应于潜在破坏模式形态为排水系统的初步设计提供了合理的轮廓线。排水孔的方向很大程度上取决于主要不连续面的方位。最理想的排水孔设计是每米钻孔横切最多数目的不连续面。排水的效果取决于不连续面的规模、渗透性能、输水能力和方位。排水孔通常与水平线约成5o的仰角设置。但是，假如是易受冲刷的材料，为了防止排水出口处的冲刷，排水孔可以向下缓倾一些。在这种情况下，为了延缓冲蚀作用，可在出口处加一小管。排水孔的间距一般为7～30m，但通常使用的间距是10～15m。对于深层岩石挖方，在边坡上的不同高程处设置排水孔可增加整个排水系统的效果。应将排水孔用高压空气、高压水，在某些情况下甚至用洗涤剂来清洗排水孔。在很破碎的地层中应特别注意保证孔中的坍落物质不堵塞排水孔。如果坍孔很大的话，应设置花管，以确保排水孔畅通。第66页/共118页（三）喷射混凝土

喷射混凝土是由粒径为2cm的集料和灰浆组成，通过风枪直接喷在被处理岩面上。这是处理岩质边坡不稳定区段的基本方法之一。它可用于防止岩层表面的风化和剥落，并在块体间造成表面加固层。喷射混凝土的厚度一般采用每层8～10cm，在每一层固化后才可喷射下一层。在喷射混凝土之前应将岩质边坡彻底清除，以提供稳固的岩质坡面条件。

通过混凝土和岩体的粘结作用以及它作为一个薄膜的初始抗剪和抗拉强度，使相邻的岩体粘结在一起，其结果在岩体表面形成一种岩体一喷射混凝土组合结构，从而岩体对喷射混凝土没有荷载传递。由此改善了表层岩块的联结质量，喷射混凝土起到固结强化作用，但不起支撑作用。

喷射混凝土能和钢丝网和岩体锚栓结合使用，以求一定的结构支撑并形成承受小荷载的扶壁。在使用带网的喷射混凝土的地方，应将所有的松散物质从岩体表面清除掉并将网格拉紧。喷射混凝土也可用在锚定板的后面，使与粗糙的岩体面保持均匀密贴。第67页/共118页（四）支挡系统和加固系统扶壁、护岸和挡墙属于外部支挡系统，它们提供了对斜坡物质所施加的荷载的被动抗力。岩体锚栓、岩体锚杆、锚定板、锚索网和钢缆捆扎属于加固系统。其作用是这些措施增加岩体总体抗拉强度和增强沿不连续面的剪切阻力，从而增加了岩体的强度。1．扶壁和护岸墙

在那些危岩即将掉落的地方，或者是轻微的裂缝；或者是竖向位移将要发生的地方，使用的稳定措施是扶壁、护岸墙和其他支挡结构。扶壁作为支持岩体的重量来进行设计的，因此改善了边坡的稳定状况并可防止落石。尽管扶壁的造价较高，但它是简单的、有效的和永久性的。在许多危岩已经形成的地方和由于挖方量大和施工困难而使清除危岩的开挖工程昂贵的地方，这种方法是最有效的。扶壁通常建筑在和公路或铁路面同高程的位置，但在边坡的上部同样也是有效的。在陡峻地形区，尤其在有河流侧蚀的地区，扶壁或护岸墙是特别有用的。第68页/共118页2．挡土墙

对于岩质边坡工程，挡土墙被用来阻止边坡中大量岩体变形、失稳，并通过增加边坡移动的阻力控制和防止失稳。挡土墙可减缓岩质边坡的风化作用，因此起到了永久性的防护作用。对于普通重力式或悬臂式挡墙来讲，沿公路或铁路的空间是过于窄小的，但是为了克服这一困难可以使用锚杆和岩石锚栓系杆，系杆墙只承受岩石锚栓间的抗弯强度和抗剪强度。独立式的和系杆式的挡土墙的各种类型包括现场浇注的混凝土墙、带锚定连杆的预制混凝土板、中间有预制混凝土嵌板的竖向混凝土肋柱和带锚定连杆的钢板桩等。某一工程锚栓以竖直间距1.5m在现场进行灌筑，灌浆的最小深度为1.5m。然后，在锚栓上面架设8号竖直镀锌U型槽钢、间距3m，最后在U型钢槽中安放水平挡板。挡墙后的孔隙用渗水材料回填，渗入的水流被汇集在一起并从排水沟中排定。第69页/共118页3．钢筋加固

钢筋加固措施，比如岩石锚栓和岩石锚杆可将岩体加固或联系在一起，从而保持岩质斜坡或挖方的稳定性。岩石锚栓通常用来加固天然斜坡或挖方的表层和表层附近的岩体，而岩石锚杆则用来支持大的不稳定岩体。全部灌人岩体的短加固棒通常称为“销子”，不过这些销子的作用有点类似于未受张拉的全部灌入的岩石锚栓。

不论是岩石锚栓还是岩石锚杆都可采用不同类型的钢棒、钢筋束、钢索和钢索束。主动系统包括张拉预应力钢筋或钢索。采用机械方法或水泥灌浆或化学灌浆，或两者的结合将它们的一端锚固在岩体中。被动系统包括未受张拉的钢筋，其全部长度都用水泥浆或化学浆灌筑在岩体中。主动和被动系统的构件经常和预应力钢筋混凝土或钢筋混凝土相类似。主动的或者是预应力锚杆系统胜过被动系统的主要优点是在预应力锚杆充分发挥其全部作用之前不产生移动，故边坡的变形和可能的张裂缝是最小的。主动系统更大的优点在于锚固力是已知的，而且在安设每根锚杆期间能够同时进行检验加荷。第70页/共118页

加固措施通常是用极限平衡分析法进行设计的。此方法只考虑潜在不稳定岩体的极限破坏条件，并假定破坏是沿可能破坏面或由地质调查所决定的几个面而发生的。对于主动或预应力系统，稳定边坡所需的锚固力部分地用于提高破坏面上的正压应力，从而增加了摩擦阻力，另一部分用于阻止引起边坡不稳定的下滑力。各个分力的数值将取决于锚杆的设计形状和方向以及假定的破坏面的特征。对于被动系统，最大的可用锚固力由被锚杆横穿假定破坏面处的钢筋横截面的抗拉和抗剪强度来确定。两种系统都要求假定破坏面以外的钢构件具有足够的锚固力。这些力包括钢构件和浆液间的良好粘结力和浆液对岩体的良好粘结力。必须采取适当措施防止锚杆的长期锈蚀，对于预应力锚杆有时需要特殊的包套和灌筑。在设计和说明书中必须仔细考虑灌浆的配比材料、安设程序和试验方法。为此，每根锚杆安设后的试验荷载能力就是使用预应力锚杆时可用的、有参考价值的现场控制值。在这种人工支挡系统的设计中应该考虑有可能的各种边坡动力破坏模式。现场实际的边坡破坏条件是复杂而且难以分析，因而对锚杆的设计，在很大程度上需要丰富的经验和判断能力。

第71页/共118页（1）岩石锚栓主要用于挖方和天然斜坡的表层和近表层的加固。其设计是以增加沿不连续面的抗剪阻力为原则的，其结果是岩体将获得巨大的抗拉强度。应尽可能在每层开挖面开挖后并最好在下一个开挖面施爆前尽快设置岩石锚栓并对其张拉，以防止挖方近表面部分的松胀作用。锚栓头部设计对岩体传递荷载至关重要。破碎岩体的加速风化而使得栓头脱离而使锚栓失去拉力。通常采用绕金属网和喷射混凝土以保护围绕锚栓头部岩面的方法；原地用钢带捆扎保持岩体法；利用混凝土垫块以分散点荷载等方法处理。（2）钢销和穿孔钢栓钢销基本上由灌注在钻孔中的钢加强棒组成，它们不承受任何后加拉力。钢销不同于预应力锚栓，能提供一种加固作用。岩石锚栓既增加剪切阻力又增加正应力，而钢销主要是增加横穿潜在破坏面的剪切阻力。钢销也可应用于挡墙趾部和翼部，以作为抗剪阻力的锚键和系杆。钢销和岩石锚栓，当和钢带捆扎或承载板一起使用时，能够紧固小块岩体；当和钢丝网和喷射混凝土一起使用时，能够稳定破碎岩层，并可锚固位于倾斜岩块下面的扶壁和支梁。钢销也能锚固防护钢丝网和防护钢索、拦石网、拦石栅栏、钢丝栏石墙和悬臂落石棚等建筑物。第72页/共118页五、锚杆设计与施工

(一)灌浆锚杆及特点

锚固技术是将某种受拉杆件的一端固定在边坡或地基的岩层或土层中，这种受拉杆件的固定端称为锚固端(或锚固段)，另一端与工程建筑物联结，可以承受由于土压力、水压力或风力所施加于建筑物的推力，利用地层的锚固力以维持建筑物的稳定。在天然地层中的锚固方法以钻孔灌浆的方式为主；其受拉杆件有粗钢筋、高强钢丝束和钢铰线等三种不同类型；而且施工工艺有简易灌浆、预压灌浆，化学灌浆以及许多特殊的专利锚固灌浆技术。在人工填土中的锚固方法有锚定板和加筋土两种方式。

灌浆锚杆是用水泥砂浆将一组钢拉杆（粗钢筋或钢丝束、钢铰线等）锚固在伸向地层内部的钻孔中，并在外端承受拉力的圆柱状锚体。它的中心受拉部分是钢拉杆。钢拉杆所承受的拉力首先通过拉杆周边握裹力而传递到水泥砂浆中，然后再通过锚固段周边地层的摩阻力而传递到锚固区的稳定地层中。第73页/共118页

灌浆锚杆的钻孔方向一般是沿水平向下倾斜10～45度，施工时钻孔的深度须超过主动土压区或已有的滑动面，并须在稳定地层中达到足够的有效锚固长度。锚杆末端锚入山体内的有效锚固段所能承受的最大拉力称为锚固段的极限抗拔力。就锚杆本身的设计工作而言，要可分为锚杆头部联接、锚杆截面和锚杆长度设计等三部分。当工程决定要采用锚杆时，应对边坡的受力情况以及锚固地层的性状、地下水等地质情况和整体稳定性进行全面调查后，再决定综合设计施工方案。

对于一般中小型的锚杆挡土结构，如挡土墙、基坑护壁、边坡开挖、码头护岸等工程，常采用粗钢筋作为拉杆并采用不加压的灌浆工艺。这种简易锚杆一般可达到每米100kN左右的极限抗拔力，每根锚杆有可能承受300kN左右的设计拉力。锚杆头部与建筑物的联结或在边坡面上一般采用螺丝端杆、螺帽及垫板。采用高强度螺纹钢筋作为拉杆可以保证充分利用砂浆的握裹力。为了提高锚杆的极限抗拔力，对于其锚固段可以采用预压灌浆工艺，亦可采用机械扩孔和爆炸扩孔等方法以增大锚固段与其周边地层的摩阻力，如预应力锚杆、扩孔锚杆、可重复灌浆的锚杆等。第74页/共118页(二)灌浆锚杆的抗拔力与设计要点

一个灌浆锚杆中的砂浆锚固段，对受力状态分析如下：当锚固段受力时，拉力首先通过钢拉杆周边的砂浆握裹力而传递到砂浆中，然后再通过锚固段钻孔周边的地层摩阻力而传递到锚固地层，因此钢拉杆如受到拉力的作用，除钢筋本身须有足够的截面积承受拉力外，锚杆的抗拔作用还必须同时满足以下三个条件：第一：锚固段的砂浆对于钢拉杆的握裹力需能承受极限拉力，第二：锚固段地层对于砂浆的摩擦力需能承受极限拉力，第三：锚固的土体在最不利的条件下仍能保持整体稳定性。1．锚固段的砂浆对钢筋的握裹力

在一般较完整的岩层中灌注锚孔时（灌注的水泥砂浆强度应不低于30MPa），如果严格按照规定的灌浆工艺施工，岩层孔壁的摩阻力一般大于砂浆的握裹应力。因此，岩层锚杆的抗拔力和最小锚固长度一般取决于砂浆的握裹能力。第75页/共118页2．锚固段孔壁的抗剪强度

锚杆孔壁与砂浆接触面的抗剪强度，有三种不同的破坏情况：第一，砂浆接触面外围的岩层剪切破坏，这只有当岩层强度低于砂浆和接触面强度时才会发生；第二，沿着砂浆与孔壁的接触面剪切破坏，这只有当灌浆工艺不合要求以致砂浆与孔壁粘结不良时才会发生；第三，接触面内砂浆的剪切破坏。(1)岩层锚杆孔壁的摩阻力－在较完整的岩层中，最危险剪裂面往往不在孔壁附近，而是发生在沿钢筋周边的握裹力作用面上。也就是说岩层锚杆孔壁的摩阻力一般均大于砂浆对钢筋的握裹力。(2)土层锚杆孔壁的摩阻力－由于土层的强度一般是低于砂浆强度的，如果施工灌浆的工艺良好，土层锚杆孔壁对于砂浆的摩阻力应取决于沿接触面外围的土层抗剪强度。可表达式为

孔壁周边法向压应力s受到地层压力和灌浆工艺两方面因素的影响。第7